• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.28 no.9
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• pp.577-580
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• 2015

In this paper, in order to develop the composition ceramics with the outstanding piezoelectric properties, $Pb(Mg_{1/2}W_{1/2})_{0.03}(Ni_{1/3}Nb_{2/3})_{0.09}(Zr_{0.5}Ti_{0.5})_{0.88}O_3$ ceramics substituted with $BiFeO_3$ were prepared by the conventional solid-state reaction method. The addition of small amount of $Li_2CO_3$ and $CaCO_3$ as sintering aids decreased the sintering temperature of the ceramics. The effects of $BiFeO_3$ substitution on their piezoelectric and dielectric properties were investigated. when 0.015 mol $BiFeO_3$ was substituted, the optimal physical properties of $d_{33}=590pC/N$, $E_c=8.78kV/mm$ were obtained.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.11a
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• pp.191-191
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• 2008

강유전성 세라믹스 재료로써는 PZT계열의 세라믹재료가 널리 쓰이고 있다. 이는 우수한 유전 및 압전특성을 가지고 있으나, PbO을 다량 함유하고 있어 $1000^{\circ}C$이상에서 PbO가 급격하게 휘발되는 성질 때문에 조성의 변동이 생겨 재현성이 어려우며 이를 방지하기 위하여 PbO를 과잉 첨가시키기 때문에 PbO휘발로 인한 강한 독성이 인체에 유해하고, 비환경 친화적인 물질로 최근에는 환경문제가 대두됨에 따라 대체 또는 보완 할 수 있는 방안에 검토되고 있다. 본 연구는 그 해결책의 한 방안으로 압전특성이 우수한 $(Pb_{0.94}Sr_{0.06})[(Ni_{1/2}W_{1/2})_{0.02}(Mn_{1/3}Nb_{2/3})_{0.07}(Zr_{0.51}Ti_{0.49})_{0.91}]O_3$계 조성을 설계하고 Glass frit(0~1.1 wt%)를 소량 첨가하여 액상 소결 특성을 부여하고 $1000^{\circ}C$ 이하의 저온에서 소결하여 유전 및 압전 특성을 평가하였다. 실험방법은 일반적인 세라믹스 제조공정으로 24시간 ball milling하고 $850^{\circ}C$에서 2시간 하소 후 Glass frit를 소결조제로 소랑 첨가하여 $1000^{\circ}C$ 이하 온도에서 소결을 진행하여 각 소결온도에 따른 유전 및 압전 특성을 평가하였다. 최종 소결된 시편의 밀도와 수축율을 분석하여 최적의 소결온도를 확립하였으며 XRD분석을 통해 perovskite구조를 확인하고 미세구조확인을 위해 SEM으로 관찰하였다. 압전 특성을 평가하였다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.41 no.5
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• pp.375-380
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• 2004

Pb(Ni$\_$1/3/Nb$\_$2/3/)O$_3$-PbZrO$_3$-PbTiO$_3$ thick films were screen-printed on platinized alumina substrates and fired at 800-1000$^{\circ}C$. Two kinds of powders with different particle size were prepared by attrition and ball milling methods. Effects of particle size of starting material on the microstructure and electrical properties of the thick films were investigated. Average particle size of attrition milled-powder (0.44 ${\mu}$m) was much smaller than that of ball milled-powder (2.87 ${\mu}$m). Average grain size of the thick film prepared from attrition-milled powder was smaller than that of the thick film prepared from ball-milled powder at the sintering temperature of 800$^{\circ}C$. However, the difference in average particle size became smaller with increasing the sintering temperature. Thick films prepared from attrition-milled powders showed more uniform and denser microstructures at all firing temperatures. Thick films prepared from attrition-milled powders had better electrical properties at the firing temperature above 900$^{\circ}C$ than thick films prepared from ball-milled powders. Dielectric constant, remanent polarization and coercive field of the thick film prepared from attrition-milled powders and fired at 900$^{\circ}C$ were 559, 16.3 ${\mu}$C/cm$^2$, and 51.3 kV/cm, respectively.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.45 no.11
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• pp.681-687
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• 2008

The sintering and electrical properties of the hydrothermal PSZT powders obtained by substituting 4, 6 and 8mol% Sr for Pb in PZT lattice structure were investigated. The lattice constant and particle size decreased in proportion to a quantity of Sr. The sintering properties of PSZT powders showed $7.754g/cm^3$ of sintered density and $4{\mu}m$ of grain size at sintering temperature of $1250^{\circ}C$. Curie temperature lowered gradually from $363.6^{\circ}C\;to\;319.2^{\circ}C$ and relative dielectric constants increased rapidly by a quantity of Sr. In comparison to PZT, moreover, the quality factor of PSZT was increased more than three times with increase of Sr mole ratio, and piezoelectric constant $(d_{31}\;and\;g_{31})$ was decreased. It was found that dielectric loss of PSZT was decreased by 0.574% which was half of PZT.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.11a
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• pp.218-218
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• 2008

최근 미관을 위하여 소형 네온관 등이 사용되고 있다. 따라서 네온관 등 구동에 사용되는 인버터는 안정기 역할을 하면서 소형화와 경량화가 중요한 요소이다. 본 연구는 압전 특성이 우수한 PZT계 세라믹스 조성인 $(Pb_{0.94}Sr_{0.06})[(Ni_{1/2}W_{1/2})_{0.02}(Mn_{1/3}Nb_{2/3})_{0.07}(Zr_{0.51}Ti_{0.49})_{0.91}]O_3$에 특성 향상을 위해 PbO, $Fe_2O_3$, $CeO_2$, Xwt% $Nb_2O_5$ 조성별로 첨가하였으며 그에 따른 유전, 압전 특성을 조사하고 또한 Rosen type의 압전 트랜스포머를 제작하여 각 조성별 변환효율을 측정하였다. 실험방법은 일반적인 세라믹스 제조공정으로 파우더 혼합 후 24시간 ball milling하고 $850^{\circ}C$ 에서 2시간 하소 후 $1230^{\circ}C$에서 2시간 소결하였다. 또한 최종 소결 시편을 이용하여 Rosen type의 압전 트랜스포머를 제작하였다. 상 분석을 위해 XRD를 이용하여 perovskite구조를 확인하고 미세구조확인을 위해 SEM으로 관찰하였다. 압전 특성을 평가하기 위해 압전 $d_{33}$ Meter를 사용하였으며, Impedence analyzer HP 4194A를 이용하여 전기적 특성을 측정하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2001.05c
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• pp.131-134
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• 2001

In this paper, the piezoelectric and dielectric properties as a function of x and a in $aPbZr_xTi_{1-x}O_3-(1-a)Pb(Mn_{1/3}Nb_{2/3})O_3$ + ywt%MgO is investigated. As a results, when a is 0.95 and x is 0.505, electromechanical coupling factor$(k_p)$, permittivity${\varepsilon}_33^T/{\varepsilon}_0$, piezoelectric strain constant$(d_{33})$ and mechanical quality factor$(Q_m)$ are 58 %, 1520, 272 pC/N and 1550, respectively. From XRD analysis, when x is 0.505, it is MPB which present rhombohedral and tetragonal phase in same quantity. Also, From SEM observation, when sintering temperature is $1150^{\circ}C$, grain size is about $2\;{\mu}m$. As a results added MgO dopant in the ternary piezoelectric ceramic, when MgO content is 0.1 wt%, $k_p$ increases to 63[%].

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.28 no.3
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• pp.165-169
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• 2015

In this paper, in order to develop the composition ceramics with the excellent dielectric properties, $Pb(Mg_{1/2}W_{1/2})_{0.03}(Ni_{1/3}Nb_{2/3})_{0.09}(Zr_{0.5}Ti_{0.5})_{0.88}O_3$ ceramics were fabricated by the conventional solid-state method. The effects of ZnO addition on their microstructure and piezoelectric properties were systematically investigated. The rhombohedral-tetragonal phase coexistence has been found in the ceramics without ZnO content and then with further increasing ZnO content, specimens exhibited tetragonal phase. The optimized ZnO content formed liquid phase and aided the grain growth of specimens. When 0.4 wt% ZnO was added, the optimal physical properties ($d_{33}=422pC/N$, $d_{31}=161pC/N$, ${\varepsilon}_r=1,905$, $k_p=0.55$, $Q_m=160$) were obtained.

• Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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• 2006.09a
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• pp.440-441
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• 2006

Several titanate powders ($Al_2TiO_5,\;SrTiO_3$, etc.) were synthesized by an ethylene glycol solution route. Titanium isopropoxide and nitrate salts were dissolved in stoichiometric proportions in liquid-type ethylene glycol without any precipitation. The parent precursor sols were dried to porous gels, and then the gels were calcined and crystallized. All synthesized titanate powders had stable crystallization behavior at low temperature and high specific surface area after a simple ball-milling process. A three-component PZT $(Pb(Zr_{0.52}{\cdot}Ti_{0.48})O_3)$ powder was also synthesized successfully by the ethylene glycol method. In this study, the characteristics of the multi-component titanate powders by the ethylene glycol method are examined.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.304-304
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• 2010

최근 생활에 편리하며 휴대하기 좋은 전자기기들이 개발되고 있다. 휴대폰이나 MP3와 같은 전자기기들은 거의 필수품이라고 할 정도로 우리의 일상생활에 근접하여 있다. 그 종 대표적으로 휴대폰의 종류로 스마트폰과 같은 터치스크린을 이용한 사례는 점차 상승하고 있으며 시간이 지날수록 그 수요는 더욱 많아지고 있다. 때문에 몰입감 제공을 위하여 햅틱장치의 채용이 일반화 되고 있다. 햅틱장치란 가상환경이나 원거리에 있는 환경과 사용자가 상호 작용할 때 사용자에게 촉감이나 힘의 정보를 전달하여 주는 장치로 진동 및 회동 저항에 의해 사용자로 하여금 촉감들 느낄 수 있도록 하는 장치를 뜻한다. 즉, 현실감을 전달을 중점으로 하는 햅틱장치는 빠른 응답 속도와, 진동의 주파수와 크기는 독립적으로 제어가 가능해야 하며 기계적 수용기들을 직접적으로 자극할 수 있어야 한다. 하지만 모바일 햅틱장치의 경우 크기 및 소비전력의 문제로 모든 스펙을 만족하기에는 어려워 좀 더 한정적인 느낌을 제공할 수 없다. 현재까지 모바일 장치에서 햅틱 피드백을 위하여 진동모터나, 솔레노이드, 압전 액츄에이터 등이 많이 사용되어 지고 있다. 그 중 압전 액츄에이터는 입력에너지를 기계적 출력에너지로 변환되는 효과를 이용 한 것으로 압력 센서, 초음파 센서 등 많은 분야에서 응용되고 있으며 변위 범위는 작지만, 크기가 매우 작고 변위 정밀도가 높으며 발생력과 응답속도가 빠르다는 장점이 존재한다. 이를 이용한 햅틱 압전 엑츄에이터의 제작에 사용되는 압전 세라믹스는 높은 전기적 특성을 가질수록 더 졸은 효율을 가지며 이로 인하여 보다 좋은 전기적 특성을 가지는 압전 세라믹스를 필요로 한다. 현재 많이 사용되는 PZT계 세라믹스는 우수한 전기적 특성으로 많이 사용되고 있지만 Pb의 유독성으로 인한 환경문제로 Pb가 포함된 제품을 제한하고 있어 현재 Lead-free의 연구가 이루어지고 있다. Lead-free중 Ba$(Ti_{0.8}Zr_{0.2})O_3$(BZT)는 PZT계 세라믹스를 대체할 차세대 압전 재료로 주목받고 있다. 일반적으로 Lead-free의 압전계수($d_{33}$=100~300pC/N)는 비교적 낮은 값을 보이지만 BZT의 압전계수(BZT $d_{33}$~620pC/N)는 PZT계 세라믹스의 압전계수($d_{33}$=500~600pC/N)와 비교하여 부족하지 않은 압전계수를 보여주며 PZT를 대체할 재료로 주목받고 있다. 본 실험은 햅틱 압전 엑츄에이터용 무연 압전세라믹스의 제작을 위하여 Ba$(Ti_{0.8}Zr_{0.2})O_3-(Ba_{0.7}Ca_{0.3})-TiO_3$(BZT -BCT)의 조성으로 유전 및 압전 특성을 조사하였다.

• Journal of Ocean Engineering and Technology
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• v.24 no.6
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• pp.81-85
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• 2010

The effects of co-doping with complex dopants of softeners, $La^{+3}$ and/or $Nb^{+5}$, and a hardener, $Fe^{+3}$, on the microstructural and piezoelectric properties of PZT ceramics with a composition of a rhombohedral-tetragonal morphotropic phase boundary, $PbZr_{0.53}Ti_{0.47}O_3$, were investigated. Unlike single-element doping, the complex doping of both the softener and hardener ions led to various compensation effects for the piezoelectric properties of the PZT ceramics. For 0.5 wt.% $La_2O_3$ softener and/or 0.5 wt.% $Nb_2O_5$ doped compositions, there were apparent hardener doping (compensation) effects for an addition of over 1.0 wt.% $Fe_2O_3$. For the $La_2O_3$ and/or $Nb_2O_5$ doped composition, the co-dopant $Fe_2O_3$ addition led to lower kp and $\varepsilon$r, and increased $Q_m$ values. The prepared PZT ceramics modified with complex soft dopants, $La^{+3}$ and $Nb^+$, as well as a hard dopant, $Fe^{+3}$, showed that the piezoelectric properties were stable with the compositional variations, which made it possible to establish piezoelectric performances with higher reliability and reproducibility. The most improved piezoelectric properties of enhanced $Q_m$ with $\varepsilon_r$ remaining higher $k_p$, were obtained in the PZT composition complexly doped with $La^{+3}$ and $Fe^{+3}$. From the results obtained in this study, the properties of compositionally modified PZT ceramics can also be tailored over a wider range by changing the dopant compositions to meet the specific requirements for underwater or other applications.